Variable renewable energy investment conditions and the role of power purchase agreements in the green transition

Thumbnail Image

Files

master_Litmanen_Olli_2026.pdf (1.8 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Science | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-12-31

Department

Major/Subject

Systems and Operations Research

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Engineering Physics
Master's Programme in Engineering Physics
Master's Programme in Engineering Physics

Language

en

Pages

99

Series

Abstract

Variable Renewable Energy Sources (VRES), especially wind power in Finland, play an essential role in achieving climate targets and enabling green growth. However, variable production causes system-wide challenges such as cannibalization, which pushes VRES market values down when their capacity increases. The market value for wind power has been below the required level to recover costs and therefore investing in variable renewables is currently challenging. This thesis addresses the challenges in VRES market integration and describes Power Purchase Agreements (PPAs). PPAs have emerged as a new hedging instrument to secure investments and fulfill the needs of green electricity procurement. Through a literature review, PPAs are discovered to be a wide group of bilateral agreements, which can help consumers contribute to the green transition and make the projects bankable. So far, the largest renewable energy investors have been large technology companies with ambitious sustainability targets, which highlights the role of these targets driving PPAs. Pay-as-produced PPA structures are used the most, but it is expected that as VRES penetration in the energy system continues, more advanced structures will emerge to support development toward fully renewable portfolios. To understand the renewable energy investment environment, a system dynamics model is built in this thesis to illustrate the market impacts of VRES in the energy system. With the model, what-if scenarios are tested and overall market trends evaluated. The results show that in the long term, the share of variable renewables does not increase beyond a certain level due to diminishing market value. This is consistent with the observed behavior under the current market conditions. The share of VRES in the energy system can increase if risks are reduced, technologies develop further or consumers are willing to pay a green premium. The experiments show that increasing consumption will expand the total VRES production capacity, but the share of VRES in the energy system increases significantly only if consumption is sufficiently flexible and production value is increased by a green premia or generally higher market prices. The success of the green transition ultimately depends on consumer attitudes and their readiness to pay a higher price for carbon-neutrality compared to the present.

Vaihtelevat uusiutuvat energianlähteet (VRES) ja Suomessa erityisesti tuulivoima, ovat keskeisessä asemassa ilmastotavoitteiden saavuttamisessa ja vihreän kasvun mahdollistamisessa. Vaihteleva tuotanto aiheuttaa kuitenkin järjestelmätason haasteita, kuten kannibalisaatiota, jossa tuotantokapasiteetin kasvaessa markkina-arvo laskee. Nykyisellään tuulivoiman markkina-arvot ovat laskeneet Suomessa alle projektien keskimääräisen kustannustason, mikä vaikeuttaa uusia tuulivoimainvestointeja. Tämä työ tarkastelee uusiutuvaan energiaan perustuvan energiajärjestelmän haasteita ja selvittää, mitä ovat pitkäaikaiset sähkönostosopimukset (PPA). PPA-sopimukset ovat keskeisiä instrumentteja vaihtelevan tuotannon ja vihreää sähköä hankkivan kulutuksen tarpeiden täyttämisessä. Kirjallisuuskatsauksen perusteella PPA:t ovat laaja joukko kahdenvälisiä sopimuksia, jotka tukevat kuluttajien osallistumisen vihreään siirtymään ja mahdollistavat projektien rahoituskelpoisuuden. Suurimmat uusiutuvan energian ostajat ovat olleet suuria teknologiayrityksiä, joille PPA:lla on tärkeä rooli kunnianhimoisten vastuullisuustavoitteidensa saavuttamisessa. Tuotantoprofiilin mukaan arvotettavat (pay-as-produced) PPA-sopimukset ovat yleisimpiä, mutta on odotettavaa, että jatkossa edistyneemmät sopimusmuodot yleistyvät, koska ne pystyvät paremmin tukemaan täysin uusiutuvan sähkönhankinnan tarpeita. VRES:n investointiympäristön tarkastelemiseksi työssä on toteutettu systeemidynamiikkamalli havainnollistamaan vaihtelevan tuotannon markkinavaikutuksia. Malli mahdollistaa "entäs jos" -skenaarioiden tarkastelemisen ja yleisten markkinatrendien arvioinnin. Tulokset osoittavat, että pitkällä aikajänteellä VRES:n osuus energiajärjestelmässä ei kasva tietyn tason yli markkina-arvon heikentyessä, mikä on linjassa nykyisissä olosuhteissa havaitun kanssa. VRES:n suhteellinen osuus energiajärjestelmässä voi kasvaa riskien pienentyessä, teknologian kehittyessä ja kuluttajien maksaessa preemioita vihreästä sähköstä. Kokeiden perusteella kulutuksen kasvu saa aikaan VRES-tuotantokapasiteetin lisääntymisen, mutta sen osuus kasvaa kuitenkin merkittävästi vasta, kun kulutuksella on joustokykyä ja sähkön hinta tai viherpreemiot nostavat tuotannon arvoa. Vihreän siirtymän onnistuminen riippuu suuresti kuluttajien asenteista ja heidän valmiudestaan maksaa nykyistä enemmän hiilineutraaliudesta.

Description

Supervisor

Salo, Ahti

Thesis advisor

Pakalén, Petteri

Keywords

market cannibalization, PPA, system dynamics, VRES, wind energy, electricity market

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202601211811

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI